(57)【要約】【課題】  モータ動作中の位置偏差を小さく、または、モータ位置決め時のオーバーシュート量を小さくすることができた、更に、モータ動作中の速度またはトルクフィードフォワード信号が量子化誤差の影響によるばたつきを低減して、モータが一定速度で動作している時の騒音を小さくすることができるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を提供する。【解決手段】  フィードフォワード制御系が、位置指令に基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を生成する速度フィードフォワード作成部６と、前記位置指令に基づいてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを生成するトルクフィードフォワード作成部８と、前記速度フィードフォワード信号ｖｆｆおよび前記トルクフィードフォワード信号ｔｆｆに基づいて速度フィードフォワード変更信号ｖｆｆを生成する速度フィードフォワード変更部７と、を備える。【選択図】図１
2010033172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令および検出器による検出位置に基づいて速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令および検出器による検出速度に基づいてトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて制御対象に電力を供給する電流制御部と、を有するフィードバック制御系と、前記フィードバック制御系に対する速度またはトルクフィードフォワード信号を生成する速度またはトルクフィードフォワード作成部を有するフィードフォワード制御系と、を備え、前記位置指令に応じて前記制御対象を駆動するディジタルサーボ制御装置において、
前記フィードフォワード制御系が、前記位置指令に基づいて前記速度フィードフォワード信号を生成する前記速度フィードフォワード作成部と、
前記位置指令に基づいて前記トルクフィードフォワード信号を生成する前記トルクフィードフォワード作成部と、
前記速度フィードフォワード信号および前記トルクフィードフォワード信号に基づいて速度フィードフォワード変更信号を生成する速度フィードフォワード変更部と、を備え、
前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を、加算することを特徴とするディジタルサーボ制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、
前記トルクフィードフォワード信号と前記指令速度とに基づいてトルクフィードフォワード補正信号を生成するトルクフィードフォワード補正部と、を備え、
前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に、前記トルクフィードフォワード信号の代わりとなる前記トルクフィードフォワード補正信号を、加算することを特徴とする請求項１に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項３】
前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、
前記トルクフィードフォワード信号と前記指令速度とに基づいてトルクフィードフォワード補正信号を生成するトルクフィードフォワード補正部と、
前記速度フィードフォワード変更信号と前記指令速度とに基づいて速度フィードフォワード補正信号を生成する速度フィードフォワード補正部と、を備え、
前記フィードバック制御系における前記速度指令に、前記速度フィードフォワード変更信号の代わりとなる前記速度フィードフォワード補正信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に、前記トルクフィードフォワード信号の代わりとなる前記トルクフィードフォワード補正信号を、加算することを特徴とする請求項１に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項４】
前記速度フィードフォワード変更部が、前記トルクフィードフォワード信号を入力してトルクフィードフォワード絶対値信号を出力する絶対値演算器と、
前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、
前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を選択するセレクタと、を有し、
前記トルクフィードフォワード絶対値信号と予め設定された閾値との比較に応じて、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項５】
前記セレクタが、前記トルクフィードフォワード絶対値信号より前記閾値の方が小さい場合、前記速度フィードフォワード信号を選択し、
一方、前記トルクフィードフォワード絶対値信号より前記閾値の方が大きい場合、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を選択することを特徴とする請求項４に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項６】
前記前記速度フィードフォワード変更部が、前記トルクフィードフォワード信号を入力してトルクフィードフォワード絶対値信号を出力する絶対値演算器と、
前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、
前記速度フィードフォワード信号を重み付けする第１の重み演算器と、
前記速度フィードフォワードフィルタ信号を重み付けする第２の重み演算器と、を有し、
前記第１の重み演算器と前記第２の重み演算器との出力を加算した信号を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項７】
前記第１の重み演算器が前記速度フィードフォワード信号に係数αを乗じ、前記第２の重み演算器が前記速度フィードフォワードフィルタ信号に係数（１−α）を乗じるものであって、前記係数αが０≦α≦１で規定される値であり、
前記第１の重み演算器が、前記絶対値演算器の出力が大きい程、前記係数αが１に近い値を設定し、
一方、前記絶対値演算器の出力が小さい程、前記係数αが０に近い値を設定することを特徴とする請求項６に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項８】
前記トルクフィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま前記トルクフィードフォワード補正信号とし、
一方、前記指令速度が小さい場合、前記トルクフィードフォワード補正信号＝０とすることを特徴とする請求項２または３に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項９】
前記速度フィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記速度フィードフォワード変更信号をそのまま前記速度フィードフォワード補正信号とし、
一方、前記指令速度が小さい場合、前記速度フィードフォワード補正信号＝０とすることを特徴とする請求項３に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１０】
位置指令および検出器による検出位置に基づいて速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令および検出器による検出速度に基づいてトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて制御対象に電力を供給する電流制御部と、を有するフィードバック制御系と、前記フィードバック制御系に対する速度フィードフォワード信号を生成する速度フィードフォワード作成部を有するフィードフォワード制御系と、を備え、前記位置指令に応じて前記制御対象を駆動するディジタルサーボ制御装置において、
前記フィードフォワード制御系が、前記位置指令に基づいて前記速度フィードフォワード信号を生成する前記速度フィードフォワード作成部と、
前記位置指令の今回値から前回値の差である前記位置指令の変化量を演算し、更に、前記位置指令の変化量の今回値から前回値の差の絶対値を演算して指令差速度を生成する指令差速度作成部と、
前記速度フィードフォワード信号および前記指令差速度に基づいて速度フィードフォワード変更信号を生成する速度フィードフォワード変更部と、を備え、
前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を加算することを特徴とするディジタルサーボ制御装置。
【請求項１１】
前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、
前記速度フィードフォワード変更信号と前記指令速度とに基づいて速度フィードフォワード補正信号を生成する速度フィードフォワード補正部と、を備え、
前記フィードバック制御系における前記速度指令に、前記速度フィードフォワード変更信号の代わりとなる前記速度フィードフォワード補正信号を加算することを特徴とする請求項１０に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１２】
前記指令差速度作成部が、前記位置指令の変化量の今回値から前回値の差の絶対値を演算する代わりに、前記位置指令の変化量をハイパスフィルタ処理し、その絶対値を演算して指令差速度を生成することを特徴とする請求項１０に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１３】
前記速度フィードフォワード変更部が、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、
前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を選択するセレクタと、を有し、
前記指令差速度と予め設定された閾値との比較に応じて、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力することを特徴とする請求項１０または１１に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１４】
前記セレクタが、前記指令差速度より前記閾値の方が小さい場合、前記速度フィードフォワード信号を選択し、
一方、前記指令差速度より前記閾値の方が大きい場合、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を選択することを特徴とする請求項１３に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１５】
前記前記速度フィードフォワード変更部が、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、
前記速度フィードフォワード信号を重み付けする第１の重み演算器と、
前記速度フィードフォワードフィルタ信号を重み付けする第２の重み演算器と、を有し、
前記第１の重み演算器と前記第２の重み演算器との出力を加算した信号を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力することを特徴とする請求項１０または１１に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１６】
前記第１の重み演算器が前記速度フィードフォワード信号に係数αを乗じ、前記第２の重み演算器が前記速度フィードフォワードフィルタ信号に係数（１−α）を乗じるものであって、前記係数αが０≦α≦１で規定される値であり、
前記第１の重み演算器が、前記指令差速度が大きい程、前記係数αが１に近い値を設定し、
一方、前記指令差速度が小さい程、前記係数αが０に近い値を設定することを特徴とする請求項１５に記載のディジタルサーボ制御装置。
【請求項１７】
前記速度フィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記速度フィードフォワード変更信号をそのまま前記速度フィードフォワード補正信号とし、
一方、前記指令速度が小さい場合、前記速度フィードフォワード補正信号＝０とすることを特徴とする請求項１１に記載のディジタルサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの位置応答特性を向上させるために、トルクフィードフォワード信号または速度フィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置であって、特に、トルクフィードフォワード信号の作成および速度フィードフォワード信号の作成方法に特徴を有するフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置は、位置指令を微分して速度フィードフォワード信号とし、更に速度フィードフォワード信号を微分してトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して生成した指令速度が予め設定した閾値より大きい時には、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、一方、前記指令速度が予め設定した閾値以下の時には前記トルクフィードフォワード信号を０としている（例えば、特許文献１参照）。
また、速度フィードフォワード信号に対し異なる時定数のフィルタ処理を行い、モータの移動量（即ち、モータの動作パターンにおける最大速度の大きさ）に応じて、時定数の大きいフィルタの出力の速度フィードフォワード信号を用いるか、時定数の小さいフィルタの出力の速度フィードフォワード信号を用いるか、を切り替えるようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図１２は、従来技術のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、１０１は制御対象、１０２は制御対象の位置および速度を検出する検出器、１５０は従来におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を表す。位置指令１１４と、制御対象１０１に取り付けた検出器１０２で検出した位置検出値ｘと、を減算手段１１１へ入力して位置偏差を求める。制御演算をディジタルで演算することで電流Iをモータに出力する。１０３は位置制御手段、１０４は速度制御手段、１０５は電流制御手段を表し、それぞれの手段は比例あるいは比例積分制御を行う。１０６は速度フィードフォワード作成手段を表し、位置指令１１４を微分し速度フィードフォワード信号ｖｆｆを作成する。１０７はトルクフィードフォワード作成手段を表し、速度フィードフォワード信号ｖｆｆをさらに微分し制御対象１０１のイナーシャを乗じてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを作成する。１０９は指令速度作成手段、１１０はトルクフィードフォワード変更手段、１１１〜１１３は加算または減算の演算手段である。指令速度作成手段１０９は、位置指令１１４を微分して指令速度ｄｒｅｆを作成する。トルクフィードフォワード変更手段１１０は、指令速度ｄｒｅｆと予め設定された閾値とを比較し、指令速度ｄｒｅｆが閾値より大きい時には、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆをそのまま用い、一方、指令速度ｄｒｅｆが閾値以下の時にはトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを０とするため、予め設定された閾値を調整することで、位置決め時の偏差を非常に小さくすることができるのである。すなわち、閾値を大きくすれば低速域でのトルクフィードフォワード信号ｔｆｆが有効でなくなるため、位置決め時のオーバーシュート量が少なくなって位置偏差が小さくなり、一方、閾値を小さくすれば、高速域から比較的低速域までトルクフィードフォワード信号ｔｆｆが有効となるため、位置決め時のオーバーシュート量が多くなって位置偏差が大きくなるのである。
【０００４】
図１３は、従来技術のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置の別の構成を示すブロック図である。図において、２０１はモータをある一定位置までドライブさせるための位置指令、２０２は位置指令２０１を受けてそれを位置ループゲイン倍して速度指令２０２´を出力する位置ループゲイン乗算器、２０３は図示しない上位装置が、モータの移動量が大移動量か小移動量かを判別して、位置指令の入力を時定数小フィルタ２０５あるいは時定数大フィルタ２０６に切換えるために出力する大小移動量切換信号２０３である。
また、２０４は大小移動量切換信号２０３に応答して、位置指令２０１を時定数小フィルタ２０５に入力するか時定数大フィルタ２０６に入力するかを切換える時定数大小フィルタ切換スイッチ、２０５は位置指令２０１が大移動量を示す場合、大小移動量切換信号２０３による時定数大小フィルタ切換スイッチ２０４の操作により位置指令２０１を受信してそれをフィルタリングする時定数小フィルタ、２０６は位置指令２０１が小移動量を示す場合、大小移動量切換信号２０３による時定数大小フィルタ切換スイッチ２０４の操作により位置指令２０１を受信してそれをフィルタリングする時定数大フィルタである。
【０００５】
更に、２０７は時定数小フィルタ２０５あるいは時定数大フィルタ２０６を通してフィルタリングされた後の位置指令２０１´を微分し、フィードフォワードゲイン倍した速度指令の補正信号（フィードフォワード補正信号）、すなわち、速度指令２０２´に対する補正速度信号２０７´´を出力するフィードフォワード微分演算器、２０８は位置ループゲイン乗算器２０２の出力である速度指令２０２´とフィードフォワード微分演算器２０７の出力である補正速度信号２０７´´とを演算する加算器、２０９は加算器２０８の出力である第２の速度指令２０８´´と速度検出器２１６の出力である速度信号とを演算してトルク指令２０９´´を出力する速度制御演算器、２１０はエンコーダ２１４の出力からモータの磁極を検出するための磁極検出器である。
更にまた、２１１は速度制御演算器２０９の出力であるトルク指令２０９´´と磁極検出器２１０により検出された磁極データとを乗算してその出力を後段に電流指令として伝送する乗算器、２１２は乗算器２１１の出力である電流指令２１１´をＤ／Ａ変換してアナログデータの電流指令とするＤ／Ａコンバータ、２１３はＤ／Ａコンバータ２１２によりＤ／Ａ変換されアナログデータとなった電流指令を増幅してモータに対し駆動電流を供給する電流アンプ、２１４はモータの回転位置を検出するエンコーダ、２１５はモータ、２１６はエンコーダ２１４から出力されたエンコーダ信号により速度検出を行う速度検出器である。
【０００６】
位置指令２０１の大小に応じた大小移動量切換信号２０３により、フィルタ時定数の大小を切替えて（時定数小フィルタ２０５あるいは時定数大フィルタ２０６）、補正速度信号２０７´´（フィードフォワード補正信号)を演算しているため、補正速度信号２０７´´（フィードフォワード補正信号）が位置指令２０１に対して、時定数小フィルタ２０５あるいは時定数大フィルタ２０６のフィルタ時定数で決定される遅れ時間Ｔ１を持つことになり、モータ２１５の回転加速時において加速に対する補正速度信号２０７´´（フィードフォワード補正信号）が余分に遅れて付加されるため、モータ２１５のモータ位置がオーバシュートしないようにすることができるのである。
【０００７】
このように、従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置は、フィードバック制御系に対して付加するトルクフィードフォワード信号を、位置指令から作成した指令速度と予め設定された閾値とを比較した結果に応じて付加し、かつ閾値を調整することでモータ位置決め時のオーバーシュート量を小さくして位置偏差を小さくしている。
また、速度フィードフォワード信号を異なる２つのフィルタ処理を行い、モータ速度に対して速度フィードフォワード信号を位置指令の大小に応じて調整しているのである。
【特許文献１】特開２００７−３７３３２号公報（第６−８頁、図１）
【特許文献２】特開平７−１２３７６２号公報（第４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置は、トルクフィードフォワード信号のみを位置指令から作成した指令速度と予め設定された閾値とを比較した結果に応じて補正しているため、動作中の速度またはトルクフィードフォワード信号が量子化誤差の影響でばたつくことによる動作中の騒音が発生するという問題があった。言い換えれば、動作中の位置偏差を小さく、または、モータ位置決め時のオーバーシュート量を小さくするだけではなく、動作中の速度またはトルクフィードフォワード信号が量子化誤差の影響によるばたつきを低減すること（動作中の騒音の発生を小さくすること）が、ディジタルサーボ制御装置の性能を更に向上させるために必要なのである。
また、他の従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置は、位置指令の大きさに応じて、速度フィードフォワード信号を異なる時定数をもつ２つのフィルタを切替えてフィルタ処理し、いずれかのフィルタ出力を速度フィードフォワード信号として使用するため、モータ速度が小さい時、すなわち位置指令の大きさが小さい（モータの動作パターンにおける最大速度の大きさが小さい）場合には、小さいフィルタ時定数を設定したフィルタを用いて速度フィードフォワード信号をフィルタ処理した信号を速度フィードフォワード信号として使用しているため、速度フィードフォワード信号を作成する際に行う微分演算の量子化誤差の影響によるばたつきで、一定速度時の騒音が発生するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ動作中の位置偏差を小さく、または、モータ位置決め時のオーバーシュート量を小さくすることができ、更に、モータ動作中の速度またはトルクフィードフォワード信号が量子化誤差の影響によるばたつきを低減して、モータが一定速度で動作している時の騒音を小さくすることができるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置指令および検出器による検出位置に基づいて速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令および検出器による検出速度に基づいてトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて制御対象に電力を供給する電流制御部と、を有するフィードバック制御系と、前記フィードバック制御系に対する速度またはトルクフィードフォワード信号を生成する速度またはトルクフィードフォワード作成部を有するフィードフォワード制御系と、を備え、前記位置指令に応じて前記制御対象を駆動するディジタルサーボ制御装置において、前記フィードフォワード制御系が、前記位置指令に基づいて前記速度フィードフォワード信号を生成する前記速度フィードフォワード作成部と、前記位置指令に基づいて前記トルクフィードフォワード信号を生成する前記トルクフィードフォワード作成部と、前記速度フィードフォワード信号および前記トルクフィードフォワード信号に基づいて速度フィードフォワード変更信号を生成する速度フィードフォワード変更部と、を備え、前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を、加算するものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、前記トルクフィードフォワード信号と前記指令速度とに基づいてトルクフィードフォワード補正信号を生成するトルクフィードフォワード補正部と、を備え、前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に、前記トルクフィードフォワード信号の代わりとなる前記トルクフィードフォワード補正信号を、加算するものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、前記トルクフィードフォワード信号と前記指令速度とに基づいてトルクフィードフォワード補正信号を生成するトルクフィードフォワード補正部と、前記速度フィードフォワード変更信号と前記指令速度とに基づいて速度フィードフォワード補正信号を生成する速度フィードフォワード補正部と、を備え、前記フィードバック制御系における前記速度指令に、前記速度フィードフォワード変更信号の代わりとなる前記速度フィードフォワード補正信号を、かつ前記フィードバック制御系における前記トルク指令に、前記トルクフィードフォワード信号の代わりとなる前記トルクフィードフォワード補正信号を、加算するものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発明における前記速度フィードフォワード変更部が、前記トルクフィードフォワード信号を入力してトルクフィードフォワード絶対値信号を出力する絶対値演算器と、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を選択するセレクタと、を有し、前記トルクフィードフォワード絶対値信号と予め設定された閾値との比較に応じて、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力するものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明における前記セレクタが、前記トルクフィードフォワード絶対値信号より前記閾値の方が小さい場合、前記速度フィードフォワード信号を選択し、一方、前記トルクフィードフォワード絶対値信号より前記閾値の方が大きい場合、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を選択するものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発明における前記前記速度フィードフォワード変更部が、前記トルクフィードフォワード信号を入力してトルクフィードフォワード絶対値信号を出力する絶対値演算器と、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、前記速度フィードフォワード信号を重み付けする第１の重み演算器と、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を重み付けする第２の重み演算器と、を有し、前記第１の重み演算器と前記第２の重み演算器との出力を加算した信号を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力するものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記第１の重み演算器が前記速度フィードフォワード信号に係数αを乗じ、前記第２の重み演算器が前記速度フィードフォワードフィルタ信号に係数（１−α）を乗じるものであって、前記係数αが０≦α≦１で規定される値であり、前記第１の重み演算器が、前記絶対値演算器の出力が大きい程、前記係数αが１に近い値を設定し、一方、前記絶対値演算器の出力が小さい程、前記係数αが０に近い値を設定するものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明における前記トルクフィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま前記トルクフィードフォワード補正信号とし、一方、前記指令速度が小さい場合、前記トルクフィードフォワード補正信号＝０とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項３記載の発明における前記速度フィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記速度フィードフォワード変更信号をそのまま前記速度フィードフォワード補正信号とし、一方、前記指令速度が小さい場合、前記速度フィードフォワード補正信号＝０とするものである。
請求項１０に記載の発明は、位置指令および検出器による検出位置に基づいて速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令および検出器による検出速度に基づいてトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて制御対象に電力を供給する電流制御部と、を有するフィードバック制御系と、前記フィードバック制御系に対する速度フィードフォワード信号を生成する速度フィードフォワード作成部を有するフィードフォワード制御系と、を備え、前記位置指令に応じて前記制御対象を駆動するディジタルサーボ制御装置において、前記フィードフォワード制御系が、前記位置指令に基づいて前記速度フィードフォワード信号を生成する前記速度フィードフォワード作成部と、前記位置指令の今回値から前回値の差である前記位置指令の変化量を演算し、更に、前記位置指令の変化量の今回値から前回値の差の絶対値を演算して指令差速度を生成する指令差速度作成部と、前記速度フィードフォワード信号および前記指令差速度に基づいて速度フィードフォワード変更信号を生成する速度フィードフォワード変更部と、を備え、前記フィードバック制御系における前記速度指令に前記速度フィードフォワード変更信号を加算するものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の発明における前記フィードフォワード制御系が、更に、前記位置指令の今回値から前回値の差の絶対値を演算して前記位置指令の変化量である指令速度を生成する指令速度作成部と、前記速度フィードフォワード変更信号と前記指令速度とに基づいて速度フィードフォワード補正信号を生成する速度フィードフォワード補正部と、を備え、前記フィードバック制御系における前記速度指令に、前記速度フィードフォワード変更信号の代わりとなる前記速度フィードフォワード補正信号を加算するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０記載の発明における前記指令差速度作成部が、前記位置指令の変化量の今回値から前回値の差の絶対値を演算する代わりに、前記位置指令の変化量をハイパスフィルタ処理し、その絶対値を演算して指令差速度を生成するものである。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０または１１記載の発明における前記速度フィードフォワード変更部が、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を選択するセレクタと、を有し、前記指令差速度と予め設定された閾値との比較に応じて、前記速度フィードフォワード信号あるいは前記速度フィードフォワードフィルタ信号のいずれか一方を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力するものである。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の発明における前記セレクタが、前記指令差速度より前記閾値の方が小さい場合、前記速度フィードフォワード信号を選択し、一方、前記指令差速度より前記閾値の方が大きい場合、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を選択するものである。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１０または１１記載の発明における前記前記速度フィードフォワード変更部が、前記速度フィードフォワード信号をフィルタ処理して速度フィードフォワードフィルタ信号を出力するフィルタと、前記速度フィードフォワード信号を重み付けする第１の重み演算器と、前記速度フィードフォワードフィルタ信号を重み付けする第２の重み演算器と、を有し、前記第１の重み演算器と前記第２の重み演算器との出力を加算した信号を、前記速度フィードフォワード変更信号として出力するものである。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５記載の発明における前記第１の重み演算器が前記速度フィードフォワード信号に係数αを乗じ、前記第２の重み演算器が前記速度フィードフォワードフィルタ信号に係数（１−α）を乗じるものであって、前記係数αが０≦α≦１で規定される値であり、前記第１の重み演算器が、前記指令差速度が大きい程、前記係数αが１に近い値を設定し、一方、前記指令差速度が小さい程、前記係数αが０に近い値を設定するものである。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１１記載の発明における前記速度フィードフォワード補正部が、前記指令速度と予め設定された閾値とを比較して前記指令速度が大きい場合、前記速度フィードフォワード変更信号をそのまま前記速度フィードフォワード補正信号とし、一方、前記指令速度が小さい場合、前記速度フィードフォワード補正信号＝０とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１、４乃至７、１０、１２乃至１６のいずれか１つに記載の発明によると、モータ動作中の位置偏差を小さくしながら、モータが一定速度で動作しているときの振動や騒音を小さくすることができる。
請求項２、３、８、９、１１、１７のいずれか１つに記載の発明によると、モータ動作中の位置偏差を小さくしながら、さらに位置決め時のオーバーシュート量をさらに小さくすることができ、モータが一定速度で動作しているときの振動や騒音を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、１は制御対象であり、２は制御対象１に取り付けた、制御対象１の位置および速度を検出する検出器を表す。５０は本発明のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を表す。位置指令１４と、検出器２で検出した位置検出値ｘと、を減算手段１１へ入力して位置偏差を求める。制御演算をディジタルで演算することで電流Iをモータに出力する。なお、本発明において、制御対象１はモータ単体あるいは機械負荷の連結したモータを示すものである。
３は位置制御手段、４は速度制御手段、５は電流制御手段を表し、それぞれ比例制御あるいは比例積分制御を行う。６は速度フィードフォワード作成手段を表し、位置指令を微分し速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を作成する。８はトルクフィードフォワード作成手段を表し、制御対象１のモータ位置ｘが位置指令１４と一致するようなトルクフィードフォワード信号（例えば、単に、位置指令１４を２回微分し制御対象１のイナーシャを乗じたもの、あるいは、後述する方法によるもの）を生成する。７は速度フィードフォワード変更手段、１１〜１３は演算手段、１４は位置指令である。
すなわち、本発明のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置５０は、位置制御手段３、速度制御手段４、電流制御手段５で構成されるフィードバック制御系と、速度フィードフォワード作成手段６、速度フィードフォワード変更手段７、トルクフィードフォワード作成手段８で構成されるフィードフォワード制御系と、で構成され、位置指令および検出器２で検出された位置および速度を入力して制御対象１を駆動するものである。
本発明が従来技術と異なる部分は、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０とトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとに基づいて補正した速度フィードフォワード信号ｖｆｆを出力する速度フィードフォワード変更手段７を備えている部分である。
【００１３】
次に、図１における各構成要素の入出力関係を説明する。
位置指令１４、位置偏差を求める演算手段１１、位置制御手段３、速度偏差を求める演算手段１２、速度制御手段４、電流制御手段５、位置と速度を検出する検出器２とで、速度ループを位置ループの内部に備えた従来の位置制御ループを構成する（位置フィードバック制御系）。
位置指令１４は、演算手段１１、速度フィードフォワード作成手段６、トルクフィードフォワード作成手段８へ入力される。演算手段１１は位置指令１４と検出位置ｘとの差により位置偏差を求め、位置制御手段３へ位置偏差を出力する。位置制御手段３は、位置偏差を零とするように比例制御または比例積分制御を行い、速度指令を作成して演算手段１２へ出力する。演算手段１２は、速度指令と速度フィードフォワード信号ｖｆｆとを加算した信号と、検出速度ｖ、との差により速度偏差を求め、速度制御手段４へ出力する。速度制御手段４は、演算手段１２からの信号を入力して比例制御または比例積分制御を行い、トルク指令ｔｒｅｆを出力する。演算手段１３は、トルク指令ｔｒｅｆと、トルクフィードフォワード作成手段８で生成されるトルクフィードフォワード信号ｔｆｆと、を加算して電流制御手段５に入力する。電流制御手段５は、演算手段１３からの信号に基づく電力を制御対象１へ供給する。
【００１４】
速度フィードフォワード作成手段６は、位置指令１４を入力してこれを微分して速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を生成し、速度フィードフォワード変更手段７へ出力する。速度フィードフォワード変更手段７は、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０と、トルクフィードフォワード作成手段８で生成されるトルクフィードフォワード信号ｔｆｆと、を入力し、後述する方法で速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する。トルクフィードフォワード作成手段８は、制御対象１のモータ位置ｘが位置指令１４と一致するようなトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ（例えば、単に、位置指令１４を２階微分し制御対象１のイナーシャを乗じたもの、あるいは、後述する方法によるもの）を生成する。
【００１５】
図２は、速度フィードフォワード変更手段を構成する詳細なブロック図である。図において、７１はフィルタ、７２はセレクタ、７３は絶対値演算器である。フィルタ７１は速度フィードフォワード信号の高周波成分を除去するようなフィルタであり、一般的なローパスフィルタや、移動平均フィルタで構成して、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を入力してフィルタ処理した信号を出力する。絶対値演算器７３は、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆを入力して絶対値処理した信号を出力する。セレクタ７２は、絶対値演算器７３の出力に応じて、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０あるいはフィルタ７１の出力を選択し、それを速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力する。ここで、セレクタ７２における信号の選択は、絶対値演算器７３の出力、すなわちトルクフィードフォワード信号ｔｆｆの絶対値の大きさと、予め設定された閾値との比較に基づいて行うものであり、セレクタ７２が、絶対値演算器７３の出力が閾値よりも大きい場合には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を選択し、閾値以下の場合にはフィルタ７１の出力、すなわち速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した信号を選択するものである。
【００１６】
図３は、速度フィードフォワード変更手段の別の構成を示すブロック図である。図において、７４、７５は重み演算器、７６は演算手段である。なお、図２と同じ符号を付したものは同一の作用効果を奏するものであるので、詳細な説明は省略する。
重み演算器７４は、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０に対して、絶対値演算器７３の出力、すなわちトルクフィードフォワード信号ｔｆｆの絶対値の大きさに応じて重みαを設定する（乗じる）ものである。重みαは、０≦α≦１で規定される値であって、絶対値演算器７３の出力が大きい程１に近い値、絶対値演算器７３の出力が小さい程０に近い値となるように設定される。また、重み演算器７５は、フィルタ７１の出力、すなわち速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した信号に対して、絶対値演算器７３の出力に応じて重み（１−α）を設定する（乗じる）ものである。
速度フィードフォワード変更手段７´は、絶対値演算器７３の出力に応じて、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０には重みαを乗じて、フィルタ７１の出力には重み（１−α）を乗じて、それぞれの信号を演算手段７６により加算した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力する。
【００１７】
トルクフィードフォワード作成手段８は、位置指令１４からトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを生成するものであって、制御対象１のモータ位置ｘが位置指令１４と一致するようなフィードフォワード信号ｔｆｆを生成するものである。。
図４は、トルクフィードフォワード作成手段を構成する詳細なブロック図である。図において、８１は微分演算器、８２は乗算器、８３はフィルタである。トルクフィードフォワード作成手段８は、位置指令１４を微分演算器８１により２回微分した信号に乗算器８２により制御対象１の慣性モーメントＪを乗じ、その信号をトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして出力する、あるいは、更に、フィルタ８３でフィルタ処理した信号をトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして出力する。ここで、フィルタ８３は、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの高周波成分を除去するようなフィルタであり、一般的なローパスフィルタや、移動平均フィルタであればよい。
【００１８】
図５は、トルクフィードフォワード作成手段の別の構成を示すブロック図である。図において、８０はシミュレーションモデル、８４は位置制御シミュレート部、８５は速度制御シミュレート部、８６および８７はモデル積分器、８８は乗算器、８９は制御モデルシミュレート部である。
トルクフィードフォワード作成手段８´は、シミュレーションモデル８０に示す位置制御シミュレーションモデルを内部に構成し、速度制御シミュレート部８５の出力であるモデル加速度指令ａｒｅｆｍに制御対象１の慣性モーメントＪを乗じた信号をトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして出力するものである。
なお、位置制御シミュレート部８４及び速度制御シミュレート部８５は、比例制御器または比例積分制御器で構成されるものである。また、位置制御シミュレート部８４の出力はモデル速度指令、速度制御シミュレート部８５の出力はモデル加速度指令ａｒｅｆｍ、モデル積分器８６の出力はモデル速度、モデル積分器８７の出力はモデル位置、に相当するものである。
【００１９】
ここで、位置制御シミュレート部８４及び速度制御シミュレート部８５における比例制御器または比例積分制御器の制御パラメータは、位置指令１４からモデル積分器８７の出力であるモデル位置までの伝達関数が安定となるような制御パラメータであればよい。例えば、位置制御シミュレート部８４における比例ゲインをＫｐｍ、速度制御シミュレート部８５における比例ゲインをＫｖｍとした場合、Ｋｐｍ＝Ｋｇｖ／４、Ｋｖｍ＝Ｋｇｖとなるような調整ゲインＫｇｖにより調整すればよい。なお、調整ゲインＫｇｖは、できるだけ大きい値である方が図１におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置５０の応答特性を上げることができるが、トルクフィードフォワード作成手段８あるいは８´により生成したトルクフィードフォワード信号ｔｆｆがばたつくため、位置指令１４の指令周波数と同じ程度の値に調整すればよい。
【００２０】
したがって、従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置（図１２）の構成では、単に、位置指令を微分して速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして用い、また、速度フィードフォワード信号ｖｆｆをさらに微分し制御対象のイナーシャを乗じてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして、位置指令を微分して指令速度と予め設定された閾値との比較に応じてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを有効とするか否かとしていた。
しかしながら、本発明の実施例１では、図４あるいは図５のようなトルクフィードフォワード作成手段を備えてその出力であるトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを用いると共に、図２あるいは図３のような速度変更手段を備えての絶対値の大きさに従って速度フィードフォワード信号をフィルタ処理した信号に変更してそれを速度フィードフォワード信号として用いるため、モータが一定速度で動作しているトルク指令のばたつきを抑えてトルク指令を滑らかにすることができ、騒音を小さくすることができるのである。
【００２１】
ここで、本発明の実施例１に記載した構成が、前述した課題を解決できることを更に詳細に説明する。
図１において、トルクＦＦ作成手段８は、例えば図４あるいは図５に示す構成でトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを生成する。図４に示す構成で生成されたトルクフィードフォワード信号ｔｆｆは、微分器演算器８１により２回の微分演算処理を行うため信号のばたつきが生じるが、フィルタ８３のフィルタ時定数を調整することにより滑らかな信号となる。また、図５において生成されたトルクフィードフォワード信号ｔｆｆは、位置制御シミュレート部８４によりフィードバック制御系をシミュレートした時のトルク指令ａｒｅｆｍであるため、位置制御シミュレート部８４のゲインＫｐｍと速度制御シミュレート部８５のゲインＫｖｍとを小さい値に調整することで、滑らかな信号となる。従って、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆのばたつきや粗さに起因するモータの騒音・振動を小さくするためには、図４に示す構成の場合はフィルタ８３のフィルタ時定数を調整して、図５に示す構成の場合は、ＫｐｍとＫｖｍを調整すればよい。
図１において、速度ＦＦ作成手段６で生成される速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０は、位置指令１４を微分した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０としており、前述したトルクフィードフォワード信号ｔｆｆと同様なフィルタ処理を行わなければ信号がばたつくため、モータの騒音・振動の原因となる。このフィルタ処理におけるフィルタ時定数は、大きければ大きいほど滑らかにモータを動作させることができ、モータの騒音・振動を小さくすることができるが、モータの過渡状態あるいは定常状態の動作を考慮したフィルタ時定数としなければならない。すなわち、フィルタ時定数を大きくした場合、一定速度または一定加速度指令（定常状態）ではモータ動作中の位置偏差を０とすることができるが、位置指令の加速度が変化する箇所（過渡状態）では、モータ動作中の位置偏差が大きくなってしまうため、モータの動作に応じた速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０の変更が必要となるのである。
図１において、速度ＦＦ変更手段７は、モータの動作に応じて速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０の変更をするものであり、例えば図２あるいは図３に示す構成で速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を速度フィードフォワード信号ｖｆｆに変更するのである。図２に示す構成の場合、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）が予め設定した閾値よりも大きい場合（過渡状態）には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとしてそのまま出力して、予め設定した閾値以下の場合（定常状態）には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力することで、モータ動作中の位置偏差を小さくしたまま、モータの騒音・振動を小さくすることができるのである。
また、図３に示す構成の場合、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）に従って速度フィードフォワードｖｆｆ０に重みαを乗じた信号と、速度フィードフォワードｖｆｆ０をフィルタ処理した信号に重み（１−α）を乗じた信号とを加算した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力する。すなわち、重みαは、０≦α≦１で規定される値であって、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）が大きい程（過渡状態）１に近い値、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）が小さい程（定常状態）０に近い値となるように設定されるので、モータ動作中の位置偏差を小さくしたまま、モータの騒音・振動を小さくすることができるのである。
【００２２】
図６は本発明の実施例１におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を用いた場合、図７は従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を用いた場合、の位置偏差とトルク指令波形のシミュレーション応答波形である。
図７において、時間０．２〜０．８を見れば、トルク指令波形が滑らかではないことが分かり、前述したトルクフィードフォワード信号が量子化誤差の影響によるばたつきに起因しており、モータが一定速度で動作している時の騒音の発生の原因となるものである。
一方、図６は図１の構成に、速度フィードフォワード変更手段は図２、およびトルクフィードフォワード作成手段は図４の構成とした場合であり、時間０．２〜０．８を見れば、トルク指令波形の滑らかさが改善されていることが分かる。更に、位置偏差量は同等であることも分かる。
【実施例２】
【００２３】
図８は、本発明の実施例２におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、図１（実施例１）と異なる部分は、トルクフィードフォワード補正手段９と、指令速度作成手段１０と、を備えている部分である。
なお、図１（実施例１）と同じ符号を付したものは同一の作用効果を奏するものであるので、詳細な説明は省略する。
指令速度作成手段１０は、位置指令１４を入力し位置指令１４の変化量ｄｒｅｆを出力する。具体的には、式（１）に示すように、位置指令１４の今回値から前回値の差をとり、その絶対値を変化量ｄｒｅｆとするものである。
ｄｒｅｆ（ｋ）＝｜ｒｅｆ（ｋ）−ｒｅｆ（ｋ−１）｜           ・・・・・（１）
ここで、ｋは今回のサンプリング時刻における値、ｋ−１は１回前のサンプリング時刻における値を表す。
トルクフィードフォワード補正手段９は、トルクフィードフォワード作成手段８で生成したトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０と指令速度作成手段１０の出力である変化量ｄｒｅｆとに基づいてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして出力するものであって、変化量ｄｒｅｆが予め設定された閾値より小さい場合は、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０をトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ＝０として出力し、変化量ｄｒｅｆが予め設定された閾値より大きい場合は、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０をそのままトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとして出力する。
ここで、予め設定される閾値は通常０でよいが、トルク指令ｔｒｅｆを算出および出力してから、検出器２で制御対象１のモータ位置ｘやモータ速度ｖを検出するまでには数サンプリングの遅れが発生するため、入力される位置指令１４が予め決まっている場合には、前述のサンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算すればよい。また、制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバシュートしないような閾値を設定すればよい。
【００２４】
ここで、本発明の実施例２に記載した構成が、前述した課題を解決できることを更に詳細に説明する。
図８において、トルクＦＦ作成手段８は、例えば図４あるいは図５に示す構成でトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０を生成する。図４に示す構成で生成されたトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０は、微分器演算器８１により２回の微分演算処理を行うため、少なくとも２サンプリング未来の位置指令１４がなければトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０を生成することができず、オーバーシュートが発生してしまう。従って、トルクＦＦ補正手段９は、指令速度作成手段１０で生成される位置指令の変化量ｄｒｅｆが予め設定した閾値より小さい場合（未来の位置指令がトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０を生成するのに十分でない場合）は、トルクフィードフォワード信号ｔｆｆ０をトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ＝０として出力することで、トルクフィードフォワード信号の影響による位置決め時のオーバシュートをなくすようにしている。なお、トルクＦＦ作成手段８が、図５に示す構成の場合は、このオーバーシュートが発生する問題は生じない。
また、検出器２から得られる制御対象１のモータ位置ｘやモータ速度ｖを検出するまでに数サンプリングの遅れが発生する場合、その遅れ分のサンプリング分の未来の位置指令がなければ、前述と同様に、トルクフィードフォワード信号の影響でオーバーシュートが発生してしまう。その場合は、指令速度作成手段１０が、サンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算して設定しておくことで位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。さらに、制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバシュートしないような閾値を設定するので位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。
【実施例３】
【００２５】
図９は、本発明の実施例３におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、図１（実施例１）と異なる部分は、トルクフィードフォワード作成手段８を備えずに指令差速度作成手段１５を備え、速度フィードフォワード変更手段７が、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０とトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとに基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する代わりに、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０と指令差速度信号ａｒｅｆ（位置指令１４の変化量ｄｒｅｆの変化量ａｒｅｆ）とに基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する部分である。
なお、図１（実施例１）と同じ符号を付したものは同一の作用効果を奏するものであるので、詳細な説明は省略する。
指令差速度作成手段１５は、先ず、位置指令１４を入力して位置指令１４の変化量ｄｒｅｆを計算する。具体的には、式（２）に示すように、位置指令１４の今回値から前回値の差をとったものを変化量ｄｒｅｆとするものである。
ｄｒｅｆ（ｋ）＝ｒｅｆ（ｋ）−ｒｅｆ（ｋ−１）        ・・・・・（２）
ここで、ｋは今回のサンプリング時刻における値、ｋ−１は１回前のサンプリング時刻における値を表す。次に、変化量ｄｒｅｆの変化量ａｒｅｆを計算して出力する。具体的には、式（３）に示すように、変化量ｄｒｅｆの今回値から前回値の差をとり、その絶対値を指令差速度信号ａｒｅｆとするものである。
ａｒｅｆ（ｋ）＝｜ｄｒｅｆ（ｋ）−ｄｒｅｆ（ｋ−１）｜       ・・・・・（３）
あるいは、変化量ｄｒｅｆをハイパスフィルタ処理した信号を指令差速度信号ａｒｅｆとしてもよい。具体的には、式（４）に示すようなハイパスフィルタ処理をし、指令差速度信号ａｒｅｆとするものである。
ａｒｅｆ（ｋ）＝｜ＨＰＦ（ｄｒｅｆ（ｋ））｜          ・・・・・（４）
指令差速度信号ａｒｅｆは、式（３）または式（４）に示すような絶対値として算出されるため、図２に示した速度フィードフォワード変更手段７におけるセレクタ７２に指令差速度信号ａｒｅｆを入力することができる。更に、セレクタ７２における信号の選択は、指令差速度信号ａｒｅｆの大きさと、予め設定された閾値との比較に基づいて行うものであり、セレクタ７２が、指令差速度信号ａｒｅｆが閾値よりも大きい場合には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を選択し、閾値以下の場合にはフィルタ７１の出力、すなわち速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した信号を選択することができる。
また、指令差速度信号ａｒｅｆは、式（３）または式（４）に示すような絶対値として算出されるため、図３に示した速度フィードフォワード変更手段７´における重み演算器７４，７５に指令差速度信号ａｒｅｆを入力することもできる。更に、指令差速度信号ａｒｅｆに応じて（指令差速度信号ａｒｅｆが大きい程重みαは１に近い値、指令差速度信号ａｒｅｆが小さい程重みαは０に近い値）、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０には重みαを乗じて、フィルタ７１の出力には重み（１−α）を乗じて、それぞれの信号を演算手段７６により加算した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力することができる。
なお、指令差速度信号ａｒｅｆは絶対値として算出する例を挙げて説明したが、絶対値でない場合は図２または３に示した速度フィードフォワード変更手段７または７´における絶対値演算器７３に、指令差速度信号ａｒｅｆを入力するようにすればよい。
【００２６】
ここで、本発明の実施例３に記載した構成が、前述した課題を解決できることを更に詳細に説明する。
図９において、図１（実施例１）と異なる部分は、トルクフィードフォワード作成手段８を備えずに指令差速度作成手段１５を備え、速度フィードフォワード変更手段７が、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０とトルクフィードフォワード信号ｔｆｆとに基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する代わりに、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０と指令差速度信号ａｒｅｆ（位置指令１４の変化量ｄｒｅｆの変化量ａｒｅｆ）とに基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する部分であるため、重複する構成の詳細説明は省略する。
図９において、速度ＦＦ変更手段７は、モータの動作に応じて速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０の変更をするものであり、例えば図２あるいは図３に示す構成で速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を速度フィードフォワード信号ｖｆｆに変更するのである。図２に示す構成の場合、指令差速度生成手段１５で生成された指令差速度信号ａｒｅｆが予め設定した閾値よりも大きい場合（過渡状態）には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとしてそのまま出力して、予め設定した閾値以下の場合（定常状態）には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力することで、モータ動作中の位置偏差を小さくしたまま、モータの騒音・振動を小さくすることができるのである。
また、図３に示す構成の場合、指令差速度生成手段１５で生成された指令差速度信号ａｒｅｆに従って速度フィードフォワードｖｆｆ０に重みαを乗じた信号と、速度フィードフォワードｖｆｆ０をフィルタ処理した信号に重み（１−α）を乗じた信号とを加算した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力する。すなわち、重みαは、０≦α≦１で規定される値であって、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）が大きい程（過渡状態）１に近い値、位置指令の加速度の大きさ（トルクフィードフォワード信号ｔｆｆの大きさ）が小さい程（定常状態）０に近い値となるように設定されるので、モータ動作中の位置偏差を小さくしたまま、モータの騒音・振動を小さくすることができるのである。
【実施例４】
【００２７】
図１０は、本発明の実施例４におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、図８（実施例２）と異なる部分は、速度フィードフォワード補正手段１６を備え、速度フィードフォワード変更手段７の出力（図２あるいは図３における出力）と、指令速度作成手段１０の出力（位置指令１４の変化量の絶対値ｄｒｅｆ）と、に基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する部分である。
なお、図８（実施例２）と同じ符号を付したものは同一の作用効果を奏するものであるので、詳細な説明は省略する。
速度フィードフォワード補正手段１６は、指令速度作成手段１０で生成した位置指令１４の変化量の絶対値ｄｒｅｆが予め設定された閾値より小さい場合は速度フィードフォワード信号ｖｆｆ＝０として出力し、変化量ｄｒｅｆが閾値より大きい場合は速度フィードフォワード変更手段７の出力（図２あるいは図３における出力）を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力するものである。
なお、実施例２と同様に、予め設定される閾値は通常０でよいが、トルク指令ｔｒｅｆを算出および出力してから、検出器２で制御対象１のモータ位置ｘやモータ速度ｖを検出するまでには数サンプリングの遅れが発生するため、入力される位置指令１４が予め決まっている場合には、前述のサンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算すればよい。また、制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバーシュートしないような閾値を設定すればよい。
【００２８】
ここで、本発明の実施例４に記載した構成が、前述した課題を解決できることを更に詳細に説明する。
図１０において、図８（実施例２）と異なる部分は、速度フィードフォワード補正手段１６を備え、速度フィードフォワード変更手段７の出力（図２あるいは図３における出力）と、指令速度作成手段１０の出力（位置指令１４の変化量の絶対値ｄｒｅｆ）と、に基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する部分であるため、重複する構成の詳細説明は省略する。図１０においても、実施例２で示したトルクフィードフォワード信号の影響でオーバーシュートが発生するのと同様に、速度フィードフォワード信号の影響でオーバーシュートが発生してしまう。その場合は、速度フィードフォワード補正手段１６が、サンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算して設定しておくことで位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。
また、速度ＦＦ変更手段７にて速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した場合にもオーバシュートが発生してしまう。その場合は、速度フィードフォワード補正手段１６が、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理する時定数を逆算して、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、閾値を設定しておくことで位置決め時のオーバシュートをなくすことができる。さらに、制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバシュートしないような閾値を設定するので位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。
【実施例５】
【００２９】
図１１は、本発明の実施例５におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、図９（実施例３）と異なる部分は、図８（実施例２）における指令速度作成手段１０と、速度フィードフォワード補正手段１７と、を備え、速度フィードフォワード変更手段７の出力（図２あるいは図３における出力）と、指令速度作成手段１０の出力（位置指令１４の変化量の絶対値ｄｒｅｆ）と、に基づいて速度フィードフォワード信号ｖｆｆを生成する部分である。
なお、図８（実施例２）または図９（実施例３）と同じ符号を付したものは同一の作用効果を奏するものであるので、詳細な説明は省略する。
速度フィードフォワード補正手段１８は、指令速度作成手段１０で生成した位置指令１４の変化量の絶対値ｄｒｅｆが予め設定された閾値より小さい場合は速度フィードフォワード信号ｖｆｆ＝０として出力し、変化量ｄｒｅｆが閾値より大きい場合は速度フィードフォワード変更手段７の出力（図２あるいは図３における出力）速度フィードフォワード信号ｖｆｆとして出力するのである。
なお、実施例３と同様に、予め設定される閾値は通常０でよいが、トルク指令ｔｒｅｆを算出および出力してから、検出器２で制御対象１のモータ位置ｘやモータ速度ｖを検出するまでには数サンプリングの遅れが発生するため、入力される位置指令１４が予め決まっている場合には、前述のサンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算すればよい。また、制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバシュートしないような閾値を設定すればよい。
【００３０】
ここで、本発明の実施例５に記載した構成が、前述した課題を解決できることを更に詳細に説明する。
図１１において、実施例４で示したように、検出器２から得られる制御対象１のモータ位置ｘやモータ速度ｖを検出するまでに数サンプリングの遅れが発生する場合には遅れ分のサンプリング時間未来の位置指令がなければ、速度フィードフォワード信号の影響でオーバーシュートが発生してしまう。従って、実施例４で示したように、サンプリング遅れ分の時間の間、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、前述のサンプリング遅れ分を考慮した閾値を逆算して設定しておくことで位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。
また、速度ＦＦ変更手段７にて速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理した場合にもオーバシュートが発生してしまう。従って、その場合には速度フィードフォワード信号ｖｆｆ０をフィルタ処理する時定数を逆算して、変化量ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算しておき、閾値を設定しておくことで位置決め時のオーバシュートをなくすことができる。
さらに制御対象１の摩擦が大きい場合は、実際に制御対象１を動作させて位置決め応答を見ながら、オーバシュートしないような閾値を設定するので位置決め時のオーバーシュートをなくすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
ディジタル制御でフィードフォワードを使用する際の課題を解決するために、位置指令を微分して速度フィードフォワード信号として使用するようなプラントの制御や油圧アクチュエータの制御などという用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第１実施例における速度フィードフォワード変更手段の詳細なブロック図
【図３】本発明の第１実施例における速度フィードフォワード変更手段の別の構成を示すの詳細なブロック図
【図４】本発明の第１実施例におけるトルクフィードフォワード作成手段の詳細なブロック図
【図５】本発明の第１実施例におけるトルクフィードフォワード作成手段の別の構成を示す詳細なブロック図
【図６】本発明の第１実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を用いた場合の位置偏差及びトルク指令のシミュレーション波形
【図７】従来技術のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置を用いた場合の位置偏差及びトルク指令のシミュレーション波形
【図８】本発明の第２実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図９】本発明の第３実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図１０】本発明の第４実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図１１】本発明の第５実施例におけるフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図１２】従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置のブロック図
【図１３】従来のフィードフォワード信号を用いたディジタルサーボ制御装置の別の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３３】
１  制御対象
２  検出器
３  位置制御手段
４  速度制御手段
５  電流制御手段
６  速度フィードフォワード作成手段
７  速度フィードフォワード変更手段
７´  速度フィードフォワード変更手段
８  トルクフィードフォワード作成手段
８´  トルクフィードフォワード作成手段
９  トルクフィードフォワード補正手段
１０  指令速度作成手段
１１  演算手段
１２  演算手段
１３  演算手段
１４  位置指令
１５  指令差速度作成手段
１６  速度フィードフォワード補正手段
１７  速度フィードフォワード補正手段
５０  ディジタルサーボ制御装置
７１  フィルタ
７２  セレクタ
７３  絶対値演算器
７４  重み演算器
７５  重み演算器
８０  シミュレーションモデル
８１  微分演算器
８２  乗算器
８３  フィルタ
８４  位置制御シミュレート部
８５  速度制御シミュレート部
８６  モデル積分器
８７  モデル積分器
８８  乗算器
８９  制御モデルシミュレート部
１０１  制御対象
１０２  検出器
１０３  位置制御手段
１０４  速度制御手段
１０５  電流制御手段
１０６  速度フィードフォワード作成手段
１０７  トルクフィードフォワード作成手段
１０９  指令速度作成手段
１１０  トルクフィードフォワード変更手段
１１１  演算手段
１１２  演算手段
１１３  演算手段
１１４  位置指令
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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